生活中凈水劑與高中化學的聯(lián)系

楊春

摘 要：隨著環(huán)境問題的日益尖銳，凈水問題已經(jīng)成為熱門的研究問題，本文從高中化學的原理出發(fā)，探討和解釋凈水過程中凈水劑的化學作用。

關鍵字：凈水劑;氯氣;高鐵酸鉀;高中化學

在學習氧化還原反應的知識時，介紹了高鐵酸鉀和氯氣可用作凈水劑的用途，通過查閱資料和研究，本文將結合高中化學的知識，分別對這兩種化學凈水劑的凈水原理進行介紹：

通常，水廠將河水處理為自來水的過程中，首先會加入硫酸鋁、氯化鋁等絮凝劑，為了消除絮凝劑的毒性和河水中的有毒物質(zhì)，將河水沉淀和靜置后，再通入氯氣作為凈水劑，達到凈化水質(zhì)的目的。向水中通入氯氣的目的是，利用氯氣和水發(fā)生（1）所示的化學反應：

Cl2+H2O=HCl+HClO（1）

在這個過程中，氯氣在水中生成了強氧化劑次氯酸，利用次氯酸的強氧化性可以將水中的污染物除去。所以用氯氣凈化自來水的原理，就是利用生成的次氯酸根。但是常溫下，氯氣在水中的溶解度較低，因此，為了獲得良好的凈水效果，除去水中大量的污染物和細菌，通常會加大氯氣的通入量，使化學反應（1）向正反應移動。這不僅會增大凈水成本，而且還增大了水中的余氯物質(zhì)，從而降到了水質(zhì)。通過仔細分析化學反應式（1）和結合化學平衡的知識可以發(fā)現(xiàn)：要想生成多的HClO，除了增大氯氣的量，還可以通入適量的純堿。通過中和反應，純堿不僅能消耗鹽酸的量，使化學反應向生成次氯酸的方向移動;而且還能生成水，能進一步的溶解氯氣。

此外，高鐵酸鉀（2）是常用的非氯型的消毒劑和凈水劑，它的凈水原理是：用高鐵酸鉀中正六價的Fe氧化污染物后，其氧化產(chǎn)物還可與還原后的Fe3+發(fā)生水解反應生成氫氧化鐵膠體，該膠體還可吸附懸浮物和固體小顆粒，從而達到凈水的目的。因此，高鐵酸鉀在飲用水的凈化過程中，具有氧化、吸附、絮凝、沉淀、滅菌、消毒、脫色、除臭等八大特點，這也是區(qū)別與其他凈化劑的重要優(yōu)勢。

上述的氯氣和高鐵酸鉀的凈水原理是間接或直接利用它們的強氧化性來殺菌、消毒、除雜。根據(jù)高中課本知識很容易聯(lián)想到“最強氧化劑明星”—高錳酸鉀。高錳酸鉀主要是通過氧化作用來除去產(chǎn)生惡臭味的有機物，高錳酸鉀不僅能氧化降解大多數(shù)的溶解性有機物，還能除去氯氣凈水后的殘余臭味。在江水、河水、海水等自然水域中，有機污染物通常會吸附到懸浮物、固體小顆粒以及膠體的表面上。一旦，懸浮物、固體小顆粒以及膠體的表面附著上有機物就不易絮凝去除。將高錳酸鉀投放到自然水體后，懸浮顆粒物或膠體的表面性質(zhì)會發(fā)生變化，有機物就會從固體和懸浮顆粒上脫落，這有利于絮凝、沉淀，增大除濁效率。此外，高錳酸鉀還可通過化學反應（2）除去水中H2S的異味：

4KMnO4+ 3H2S → S + 2K2SO4 + 3MnO + MnO2 + 3H2O （3）

雖然大量加入高錳酸鉀會使水體變?yōu)樽仙?，而且會產(chǎn)生二氧化錳等副產(chǎn)物造成二次污染，但是加入少量高錳酸鉀可以代替預氯化的步驟。因為高錳酸鉀不僅能起到一定的消毒效應，還可以通過預氧化除去水中的有機酸類的物質(zhì)（如：腐殖酸和富里酸）。

雖然氯氣是常用的凈水劑，但水中會有殘存的余氯，這不僅會危害人體的健康，而且還會影響自來水的品質(zhì)。因此，這對自來水中余氯的控制，就顯得十分重要。高鐵酸鉀不僅能直接氧化降解污染物，還能生成膠體吸附其他類的污染物，是一種應用前景十分廣闊凈水劑，但是價格較為昂貴。雖然高錳酸鉀殺菌和除異味的能力較強，但有顏色、不穩(wěn)定、溶解度低等缺點極大的限制了其在水凈化中大規(guī)模的應用。

隨著社會和科技的進步，環(huán)境問題中的水質(zhì)問題一定會越來越受人們重視，所以水的凈化劑也會日新月異的發(fā)展，希望通過化學家們的努力，早日找到一種成本低、環(huán)境友好、凈水效率高的凈水劑。當然，筆者也希望通過高中甚至大學的學習能為凈水事業(yè)添磚加瓦。

參考文獻

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